Двухканальный фотометр

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотометрии , и может быть использовано для определения оптических параметров различных объектов, в частности при контроле параметров пленочных покрытий в процессе изготовления в условиях сильных оптических помех. Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерений. Двухканальный фотометр содержит последовательно расположенные источник излучения, модулятор, оптическую систему, фотопреобразователь и .регистратор и отличается тем, что в него введены второй фотопреобразователь, два преобразователя тока в напряжение, два избирательных усилителя, блок индикации перегрузки, коммутатор, детектор , блок преобразования и блок упт равления. Фотопреобразователи оптически связаны с оптической системой, выходы каждого из фотопреобразователей .подключены к входам соответствующих преобразователей тока в напряжение , -выходы которых соединены с входами избирательных усилителей и входами блока индикации перегрузки, выход которого соединен,с первьми входами блока преобразования и регистратора . Выходы избирательных усилителей соединены с первым и вторым входами коммутатора, третий вход которого соединен с общей шиной фотометра, а выход - с входом детектора,-выход которого подключен к второму входу блока преобразования, а выход блока преобразования - к второму входу регистратора . Блок управления связан с четвертым входом коммутатора и с третьими входами блока преобразования и регистратора. Фотопреобразователи состоят из последовательно расположенных и механически соединенных интерференционного фильтра, рассеивателя и светочувствительного элемента. Преобразователи тока в напряжение и избирательные усилители установлены на общей теплопроводящей подложке. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

9яи

А1 (50 4 G 01 1 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4233149/31-25 (22) 22.04.87 (46) 07.12.88. Бюл. Ф 45 (71) МВТУ им.Н.Э,Баумана . (72) С.О.Куприянов и Ю.Н.Новиков (53) 621.381 (088.8) (56) Патент США М 3551678, кл. С 01 J 1/44, 1971..

Авторское .свидетельство СССР

Ф 817488, кл. G 01 J 1/44, 1981. (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к измери. тельной технике, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определения оптических параметров различных объектов, в частности при контроле параметров пленочных покрытий. в процессе изготовления в условиях сильных оптических помех. Цель изобретения — повышение точности и достоверности измерений. Двухканальный фотометр содержит последовательно расположенные источник излучения, модулятор, оптическую систему, фотопреобразователь и .регистратор и отличается тем, что в него введены второй фотопреобраэователь, два преобразователя тока в напряжение, два избирательных усилителя, блок индикации перегрузки, коммутатор, детектор, блок преобразования и блок управления, Фотопреобразователи оптически связаны с оптической системой, выходы каждого иэ фотопреобразователей,подключены к входам соответствующих преобразователей тока в напряжение, -выходы которых соединены с. входами избирательных усилителей.и входами блока индикации перегрузки, выход которого соединен с первыми входами блока преобразования и регистратора. Выходы избирательных усилителей соединены с первым и вторым входами коммутатора, третий вход которого соединен с общей шиной фотометра, а выход — с входом детектора, выход которого подключен к второму входу бло- Й ка преобразования, а выход блока преобразования — к второму входу регистратора. Блок управления связан с четвертым входом коммутатора и с третьими входами блока преобразования и регистратора. Фотопреобразователи состоят из последовательно расположенных и механически соединенных интерференционного фильтра, рассеивателя и светочувствительного элемента.

Преобразователи тока в напряжение и избирательные усилители установлены на общей теплопроводящей подложке.

2 3 II ф JIbI> 1

1442839

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотомет( рии, и может быть использовано для определения оптических параметров раз5 личных объектов, в частности при контроле параметров пленочных покрытий в процессе изготовления в условиях сильных оптических помех.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности измерений, На чертеже приведена блок †схе двухканального фотометра.

Двухканальный фотометр содержит источник 1 излучения, модулятор 2, светоделитель 3, отражатель 4 и два идентичных канала, первый из которых состоит из фотопреобразователя 5, образованного интерференционным фильтром б, рассеивателем 7 и светочувст- 20 вительным элементом 8, преобразователя 9 тока в напряжение и избирательного усилителя 10. Второй канал содержит соответственно фотопреобразователь

11, состоящий из интерференционного 25 фильтра 12, рассеивателя 13 и светочувствительного элемента 14, преобразователь 15 тока в напряжение и избирательный усилитель 16. В состав фотометра входят также блок 17 индикации 30 перегрузки, теплопроводящая подложка

18, коммутатор 19, детектор 20, блок

21 преобразования, блок 22 управления и регистратор 23. Светоделитель 3 и отражатель 4 образуют оптическую систему 24.

Устройство работает следующим образом.

Свет источника 1 излучения проходит через модулятор 2 и падает на 4 светоделитель 3 . Прошедший через светоделитель 3 луч, проходя через технологическую среду и контролируемый объект, преобразуется в первом канале устройства, состоящем из фотопреобразователя 5, преобразователя 9 тока в напряжение и избирательного усилителя 10, Длина волны света источника 1 излучения находится в пределах полосы пропускания интерференционного фильтра 6, Оптическое излучение, прошедшее через интерференционный фильтр 6, не содержит спектральных составляющих, лежащих за пределами полосы пропускания интерференцнонного фильтра 6, составляющей 10 — 100 нм. Это увеличивает отношение сигнал/помеха для помех, лежащих в широком спектральном диапазоне (внешнее излучение, излучение технологической среды и элементов конструкции) .

Прошедшее излучение через рассеиватель 7 падает на светочувствительный .элемент 8. Рассеиватель 7 обеспечивает равномерную засветку поверхности светочувствительного элемента .,8, снижая погрешность от неравномерI ной чувствительности поверхности све1 точувствительного элемента 8. Последний выполнен в виде фотоднода, работающего в режиме генератора тока. Величина этого тока пропорциональна освещенности светочувствительного элемента 8 в широком диапазоне ее изменения.

С выхода светочувствительного элемента 8 сигнал поступает на вход преобразователя 9 тока в напряжение, выход которого соединен с одним их входов блока 17 индикации перегрузки и с входом избирательного усилителя 10 настроенного на частоту модуляции света. Если сумма напряжений сигнала и помехи на выходе преобразователя 9 тока в напряжение становится больше его перегрузочной способности, блок

17 индикации перегрузки выдает сигнал на первые входы блока 2 1 преобразования и регистратора 23, запрещая их работу до момента уменьшения входного сигнала ниже установленного значения. Использование блока 17 индикации перегрузки позволяет повысить достоверность получаемой информации за счет исключения некорректных измерений.

Сигнал на выходе избирательного усилителя 10 не зависит от величины напряжения помехи, лежащей в полосе пропускания интерференционного фильтра 6.

Второй канал устройства состоит из фотопреобразователя 11, содержащего интерференционный фильтр 12, рассеиватель 13 и светочувствительный элемент 14, преобразователя 15 тока в напряжение и избирательного усилителя 16.

Второй канал устройства работает аналогично первому, но излучение, отраженное от отражателя 4 и падающее на фотопреобразователь 11, не проходит через контролируемый объект, т.е. второй канал является опорным и позволяет исключить погрешность, . з 14428 связанную с колебаниями мощности источника 1 излучения.

Сигналы избирательных усилителей

10 и 16 в виде напряжений U „, и

П/дх поступают на первый и второй входы коммутатора 19 соответственно.

Третий вход коммутатора 19 соединен с общей шиной устройства и напряжение на нем равно нулю. С выхода коммутатора 19 сигнал поступает на детектор

20. При соединении входа детектора 20 через коммутатор 19 с общей шиной устройства напряжение на выходе детектора 20 U является аддитивной погрешностью детектора 20.

Выход детектора 20 соединен с вторым входом блока 21 преобразования.

Блок 21 преобразования определяет ве,личины напряжений 0 = П вх, Пу и 20 ц = ц „— П, To позволяет исключить ошибку, связанную саддитивными погрешностями детектора 20, и определяет величину Т =К U /U где К вЂ” постоянный коэффициент, характеризующую свойства 25 контролируемого объекта и не зависящую от колебаний мощности источника 1 излучения и одинакового относительного температурного изменения коэффициен-. тов передачи преобразователей 9 и 15 30 тока в напряжение и избирательных усилителей 10 и 16, установленных на общей теплопроводящей подложке 18.

Выход блока 21 преобразования соединен с вторым входом регистратора 23, 35 фиксирующего и отображающего результаты измерений. Блок 22 управления управляет синхронной работой коммутатора 19, блока 2 1 преобразования и регистратора 23, осуществляя последова- 40 тельный опрос первого, второго и третьего входов коммутатора 19 и преобразование сигналов в блоке 21 преобразования.

Практически устройство может быть 45 реализовано с использованием лазера

ЛГ-55 (источник 1 излучения), модулятора KI-3 (модулятор 2), полупрозрачного зеркала (светоделитель 3), призмы полного внутреннего отражения (от- 5 ражатель 4), интерференционных фильтров (интерференционные фильтры 6 и

12) ° матовых стекол (рассеиватели 7 и 13), фотодиодов ФД-7К (светочувствительные элементы 8 и 14). Блоки

9, 10, 15-17 и 20 могут быть реализованы на микросхемах 140УД7, коммутатор 19 - на микросхеме 284 КН1, регистратор 23 — на индикаторах AJIC-324, 39 4 блок 22 управления — на микросхемах

155ЛЛЗ, 155ТМ2.

Формула и з обретения

1. Двухканальный фотометр, содержащий источник излучения, модулятор, оптическую систему, первый фотопреобразователь и регистратор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, в него дополнительно введены второй фотопреобраэователь, два преобразователя тока в напряжение, два избирательных усилителя, блок индикации перегрузки, коммутатор, детектор, блок преобразования и блок управления, при этом источник излучения, модулятор и оптическая система, состоящая из светоделителя и отражателя, расположены последовательно по ходу луча источника, пер-!

BbIH фотопреобразователь оптически связан со светоделителем, второй фотопреобразователь — с отражателем, выходы каждого иэ фотопреобразователей подключены к входам соответствующих преобразователей тока в напряжение, выходы которых соединены с входами избирательных усилителей и входами блока индикации перегрузки, выход которого соединен с первыми входами регистратора и блока преобразования, выходы избирательных усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, третий вход которого подключен к общей шине фотометра, а выход — к входу детектора, выход которого подключен к второму входу блока преобразования, а его выход соединен с вторым входом регистратора, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к четвертому входу коммутатора и третьим входам регистратора и блока преобразования.

2, Фотометр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждый иэ фотопреобразователей выполнен в виде последовательно расположенных и механически соединенных в единый узел интерференционного фильтра, рассеивателя и светочувствительного элемента.

3, Фотометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что преобразователи тока в напряжение и избиратель". ные усилители установлены на обшей теплопроводящей подложке.

1442839

Составитель А.Ястребов

Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Редактор И.Дербак

Заказ á375/38

Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r„ Ужгород, ул. Проектная, 4